DE112008003032T5

DE112008003032T5 - Method for producing a fuel cell separator

Info

Publication number: DE112008003032T5
Application number: DE112008003032T
Authority: DE
Inventors: Hajime Toyota-shi Hasegawa; Kuroudo Toyota-shi Maeda; Takeshi Toyota-shi Nagasawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2010-09-02
Also published as: WO2009063751A1; JP2009123352A; JP4488059B2; US20100260928A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators zum Trennen von Gasen zwischen benachbarten Zellen für eine Brennstoffzelle, wobei das Verfahren folgendes umfasst:
Ausbilden eines Vorsprünge und Vertiefungen aufweisenden Separatorsubstrats aus einem metallischen Material, und
Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht aus einem elektrischen Leiter nur auf den Vorsprüngen des Separatorsubstrats.A method of making a fuel cell separator for separating gases between adjacent cells for a fuel cell, the method comprising:
Forming a protruding and recessed separator substrate made of a metallic material, and
Forming an electrically conductive layer of an electrical conductor only on the projections of the separator substrate.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators, der Gase zwischen benachbarten Zellen für eine Brennstoffzelle trennt.The The present invention relates to a process for producing a Fuel cell separator and in particular a method for production a fuel cell separator, the gases between adjacent Separates cells for a fuel cell.

EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIKRELATED STAND OF THE TECHNIQUE

In den vergangenen Jahren haben Brennstoffzellen durch ihren hohen Wirkungsgrad und ihre ausgezeichneten Umweltcharakteristiken zunehmend an Interesse gewonnen. Allgemein gesagt erzeugen Brennstoffzellen elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff als ein Brennstoffgas mit Luftsauerstoff als ein Oxidationsmittelgas. Als Resultat der elektrochemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff wird Wasser erzeugt.In In recent years, fuel cells have a high throughput Efficiency and their excellent environmental characteristics increasingly gained in interest. Generally speaking, fuel cells produce electrical power through an electrochemical reaction of hydrogen as a fuel gas with atmospheric oxygen as an oxidant gas. As a result of the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen is generated water.

Es gibt verschiedene Arten von Brennstoffzellen, darunter Phosphorsäure-Brennstoffzellen, Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen, Festoxid-Brennstoffzellen, alkalische Brennstoffzellen, Feststoffpolymer-Brennstoffzellen usw. Unter diesen richtet sich das Hauptaugenmerk auf Feststoffpolymer-Brennstoffzellen, die insofern von Vorteil sind, als sie für einen Kaltstart geeignet sind, eine kurze Hochfahrzeit benötigen, und so fort. Solche Feststoffpolymer-Brennstoffzellen werden beispielsweise als Leistungsquellen für mobile Körper wie etwa Fahrzeuge verwendet.It There are several types of fuel cells, including phosphoric acid fuel cells, molten carbonate fuel cells, Solid oxide fuel cells, alkaline fuel cells, solid polymer fuel cells etc. Among these, the main focus is on solid polymer fuel cells, which are advantageous in that they are for a cold start are suitable, need a short startup time, and so on continued. Such solid polymer fuel cells become, for example as power sources for mobile bodies such as Vehicles used.

Eine Feststoffpolymer-Brennstoffzelle ist durch Schichtung einer Mehrzahl von einzelnen Zellen, einer Kollektorplatte, einer Endplatte und dergleichen aufgebaut. Jede Zelle für eine Brennstoffzelle ist so konfiguriert, dass sie eine Elektrolytmembran, eine Katalysatorschicht, eine Gasdiffusionsschicht und einen Separator umfasst.A Solid polymer fuel cell is by layering a plurality of individual cells, a collector plate, an end plate and the like. Every cell is for a fuel cell configured to comprise an electrolyte membrane, a catalyst layer, a gas diffusion layer and a separator.

Patentdokument 1 beschreibt einen Brennstoffzellenseparator mit einer Metallplatte, wobei die Metallplatte einen Gaskanalabschnitt aufweist sowie einen Kontaktabschnitt, der sich außerhalb des Gaskanalabschnitts befindet und mit einem Zellenspannungs-Überwachungsanschluss in Berührung steht. Am Gaskanalabschnitt ist die Metallplatte mit einem Metall überzogen, auf das eine Kohlenstoffbeschichtung aufgebracht ist. An dem Kontaktabschnitt, der sich außerhalb des Gaskanalabschnitts befindet und mit einem Zellenspannungs-Überwachungsanschluss in Berührung steht, behält die Metallplatte ihren Metallüberzug, indem der Kontaktabschnitt während der Aufbringung der Kohlenstoffbeschichtung maskiert wird.

Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 3891069

Patent Document 1 describes a fuel cell separator having a metal plate, wherein the metal plate has a gas channel portion and a contact portion that is outside the gas channel portion and is in contact with a cell voltage monitoring terminal. At the gas channel section, the metal plate is coated with a metal to which a carbon coating is applied. At the contact portion, which is outside the gas channel portion and in contact with a cell voltage monitoring terminal, the metal plate retains its metal coating by masking the contact portion during the application of the carbon coating.

Patent Document 1: Japanese Patent No. 3891069

OFFENBARUNGSGEHALT DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEMETO BE SOLVED BY THE INVENTION PROBLEMS

Falls ein Brennstoffzellenseparator aus einem metallischen Material wie etwa Titan hergestellt wird, wird im Allgemeinen Gold (Au) oder ein ähnlicher elektrischer Leiter mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit durch Plattieren oder dergleichen auf seine Oberfläche aufgebracht, wodurch der Kontaktwiderstand zwischen dem Brennstoffzellenseparator und der Gasdiffusionsschicht usw. reduziert wird. Wenn die Plattierung mit Gold (Au) oder einem ähnlichen elektrischen Leiter hierbei auch auf eine Kühlmittelkanaloberfläche des Separators aufgebracht wird, besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels aufgrund der katalytischen Aktivität von Gold (Au) oder dergleichen zunimmt.If a fuel cell separator made of a metallic material such as Titanium is generally made of gold (Au) or a similar electrical conductor with a high electrical conductivity by plating or the like on its surface applied, whereby the contact resistance between the fuel cell separator and the gas diffusion layer, etc. is reduced. If the plating with gold (Au) or a similar electrical conductor in this case also on a coolant channel surface the separator is applied, it is possible, for example, that the electrical conductivity of the coolant due to the catalytic activity of gold (Au) or such increases.

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators zur Verfügung, das ein Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit eines Kühlmittels unterdrückt und dadurch den Kontaktwiderstand zwischen dem Brennstoffzellenseparator und einer Gasdiffusionsschicht usw. verringert.The The invention provides a method of manufacturing a fuel cell separator available, which is an increase in electrical conductivity a coolant suppressed and thereby the Contact resistance between the fuel cell separator and a Gas diffusion layer, etc. reduced.

MASSNAHMEN ZUR PROBLEMLÖSUNGMEASURES FOR TROUBLESHOOTING

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators ist ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators, der Gase zwischen benachbarten Zellen für eine Brennstoffzelle trennt. Das Verfahren umfasst folgendes: Ausbilden eines Vorsprünge und Vertiefungen aufweisenden Separatorsubstrats aus einem metallischen Material; und Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht aus einem elektrischen Leiter nur auf den Vorsprüngen des Separatorsubstrats.One inventive method for producing a Brennstoffzellenseparators is a method for producing a Fuel cell separator, the gases between adjacent cells for a fuel cell separates. The method comprises the following: forming a protrusion and recesses Separator substrate made of a metallic material; and training an electrically conductive layer of an electrical conductor only on the protrusions of the separator substrate.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators ist es bevorzugt, dass beim Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht eine metallische Plattierung nur auf die Vorsprünge des Separatorsubstrats aufgebracht wird, um die elektrisch leitende Schicht zu bilden.at the method of manufacturing a fuel cell separator it is preferable that when forming the electrically conductive layer a metallic plating only on the protrusions of the separator substrate is applied to form the electrically conductive layer.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators ist es bevorzugt, dass die metallische Plattierung eine Goldplattierung ist.at the method of manufacturing a fuel cell separator it prefers that the metallic plating be a gold plating is.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators ist es bevorzugt, dass beim Ausbilden des Separatorsubstrats das Separatorsubstrat aus einem Titanmaterial oder einem Edelstahl ausgebildet wird.at the method of manufacturing a fuel cell separator it is preferable that, in forming the separator substrate, the separator substrate is formed of a titanium material or a stainless steel.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators ist es bevorzugt, dass beim Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht die elektrisch leitende Schicht durch Aufwalzen unter Verwendung einer Walze ausgebildet wird, die an ihrer Oberfläche eine Plattierlösung hält.In the method of manufacturing a fuel cell separator, it is preferable that when forming the electroconductive layer, the electroconductive layer is formed by rolling by using a roller holding a plating solution on its surface.

VORTEIL DER ERFINDUNGADVANTAGE OF THE INVENTION

Wie vorausgehend erwähnt wurde, verhindert das Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators gemäß der vorliegenden Erfindung die Ausbildung einer elektrisch leitenden Schicht aus Gold (Au) oder dergleichen auf einer Kühlmittelkanaloberfläche des Separators, wodurch es möglich wird, eine Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels zu unterdrücken, so dass der Kontaktwiderstand zwischen dem Brennstoffzellenseparator und einer Gasdiffusionsschicht usw. reduziert wird.As previously mentioned, the method prevents the Production of a fuel cell separator according to present invention, the formation of an electrically conductive Layer of gold (Au) or the like on a coolant channel surface of the separator, making it possible to increase the electrical conductivity of the coolant suppress so that the contact resistance between the Fuel cell separator and a gas diffusion layer, etc. reduced becomes.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

1 zeigt eine Schnittansicht einer Zelle für eine Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a sectional view of a cell for a fuel cell according to an embodiment of the invention.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2 shows a flowchart for illustrating a method for manufacturing a fuel cell separator according to an embodiment of the invention.

3 zeigt die Konfiguration einer Plattiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 3 shows the configuration of a plating apparatus according to an embodiment of the invention.

4 zeigt einen Fall, in dem eine elektrisch leitende Schicht unter Verwendung einer Plattiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildet wird. 4 Fig. 10 shows a case where an electroconductive layer is formed by using a plating apparatus according to an embodiment of the invention.

5 zeigt einen Fall, in dem eine elektrisch leitende Schicht unter Verwendung einer Sputtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildet wird. 5 Fig. 10 shows a case where an electroconductive layer is formed by using a sputtering apparatus according to an embodiment of the invention.

6A zeigt eine Schemazeichnung eines mit Noppen versehenen Separators, der eine elektrisch leitende Schicht (Draufsicht bei Betrachtung von der Kühlmittelseite her) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist. 6A FIG. 12 is a schematic diagram of a pebbled separator having an electrically conductive layer (top view when viewed from the coolant side) according to an embodiment of the invention. FIG.

6B zeigt eine vergrößerte Ansicht des Noppenbereichs von 6A. 6B shows an enlarged view of the knob area of 6A ,

6C zeigt eine Schnittansicht des Noppenbereichs entlang der Linie A-A in 6B. 6C shows a sectional view of the knob portion along the line AA in 6B ,

7 zeigt die Messergebnisse für die elektrische Leitfähigkeit eines Kühlmittels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 7 shows the measurement results for the electrical conductivity of a coolant according to an embodiment of the invention.

ERLÄUTERUNG DER BEZUGSZEICHENEXPLANATION OF THE REFERENCE SIGNS

10 : Cell for a fuel cell, 12 : Electrolyte membrane, 14 : Catalyst layer, 16 : Gas diffusion layer, 18 : Membrane electrode assembly, 20 . 29 : Separator, 22 : Separator substrate, 24 : Electrically conductive layer, 26 Photo: Gas channel, 28 : Coolant channel, 30 Image: Plating device, 32 : Plating bath, 34 Photos: First roller, 36 : Second roller, 38 : Fluid Retaining Material, 40 : Plating solution, 50 : Known separator, 52 Cylindrical elevation 54 : Gas channel surface, 56 : Coolant channel surface

BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNGBEST MODE OF PERFORMANCE THE INVENTION

Im Nachfolgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Zuerst wird die Konfiguration einer Zelle für eine Brennstoffzelle erläutert. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Zelle 10 für eine Brennstoffzelle. Die Zelle 10 für eine Brennstoffzelle umfasst folgendes: eine Membranelektrodenanordnung 18 (MEA), die aus einer Elektrolytmembran 12, einer Katalysatorschicht 14 und einer Gasdiffusionsschicht 16 zusammengesetzt ist und Brennstoffzellenelektroden zur Verfügung stellt; und einen Separator 20, der Brennstoff- und Oxidationsmittelgase zwischen benachbarten Zellen für eine Brennstoffzelle trennt. Die in 1 gezeigte Zelle 10 für eine Brennstoffzelle ist beispielhaft gedacht und soll die Erfindung nicht auf diese Konfiguration einschränken.Hereinafter, an embodiment of the invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the configuration of a cell for a fuel cell will be explained. 1 shows a sectional view of a cell 10 for a fuel cell. The cell 10 for a fuel cell comprises: a membrane electrode assembly 18 (MEA), which consists of an electrolyte membrane 12 , a catalyst layer 14 and a gas diffusion layer 16 is composed and provides fuel cell electrodes; and a separator 20 which separates fuel and oxidant gases between adjacent cells for a fuel cell. In the 1 shown cell 10 for a fuel cell is exemplary and is not intended to limit the invention to this configuration.

Die Elektrolytmembran 12 hat u. a. die Funktion, auf der Anodenseite erzeugte Wasserstoffionen auf die Kathodenseite zu transportieren. Bei dem Material für die Elektrolytmembran 12 kann es sich um ein chemisch stabiles Fluorharz handeln, wobei eine Perfluorocarbonsulfonat-Ionenaustauschermembran ein Beispiel hierfür darstellt.The electrolyte membrane 12 has, inter alia, the function of transporting hydrogen ions generated on the anode side to the cathode side. In the material for the electrolyte membrane 12 it may be a chemically stable fluororesin, with a perfluorocarbonsulfonate ion exchange membrane being an example thereof.

Die Katalysatorschicht 14 hat die Funktion, die Wasserstoffoxidationsreaktion auf der Anodenseite oder die Sauerstoffreduktionsreaktion auf der Kathodenseite zu beschleunigen. Die Katalysatorschicht 14 umfasst einen Katalysator und einen Katalysatorträger. Um die Reaktionsfläche der Elektrode zu vergrößern, wird der Katalysator im Allgemeinen in Form von Partikeln verwendet, die am Katalysatorträger fest gemacht sind. Ein Beispiel für den Katalysator ist Platin, d. h. ein Element der Platingruppe, das ein geringeres Aktivierungsüberpotenzial für die Wasserstoffoxidationsreaktion oder die Sauerstoffreduktionsreaktion besitzt. Als der Katalysatorträger kann beispielsweise ein Kohlenstoffmaterial wie etwa Russ verwendet werden.The catalyst layer 14 has the function of accelerating the hydrogen oxidation reaction on the anode side or the oxygen reduction reaction on the cathode side. The catalyst layer 14 comprises a catalyst and a catalyst support. To increase the reaction area of the electrode, the catalyst is generally used in the form of particles solidified on the catalyst support. An example of the catalyst is platinum, that is, a platinum group element that has a lower activation overpotential for the hydrogen oxidation reaction or the oxygen reduction reaction. As the catalyst carrier, for example, a carbon material such as carbon black may be used.

Die Gasdiffusionsschicht 16 hat die Funktionen, als Brennstoffgas dienendes Wasserstoffgas oder dergleichen und als Oxidationsmittelgas dienende Luft oder dergleichen in die Katalysatorschicht 14 zu diffundieren, Elektronen zu transportieren, und so fort. Für die Gasdiffusionsschicht 16 kann ein Gewebe aus Kohlenstofffaser, Kohlenstoffpapier, oder ein ähnliches Material verwendet werden, das elektrische Leitfähigkeit besitzt.The gas diffusion layer 16 has the functions of serving as a fuel gas hydrogen gas or the like and serving as oxidant gas air or the like in the catalyst layer 14 to diffuse, to transport electrons, and so on. For the gas diffusion layer 16 For example, a woven fabric of carbon fiber, carbon paper, or similar material having electrical conductivity may be used.

Der Separator 20 ist auf die Membranelektrodenanordnung 18 geschichtet und hat die Funktion, Brennstoff- und Oxidationsmittelgase zwischen benachbarten Zellen für eine Brennstoffzelle zu trennen. Der Separator 20 besitzt ferner die Funktion, benachbarte Zellen für eine Brennstoffzelle elektrisch miteinander zu verbinden. Der Separator 20 weist ein Separatorsubstrat 22 auf, das aus einem metallischen Material ausgebildet ist und Vorsprünge und Vertiefungen besitzt, und weist ferner eine elektrisch leitende Schicht 24 auf, die nur auf den Vorsprüngen des Separatorsubstrats 22 ausgebildet ist. Das Vorsehen des Vorsprünge und Vertiefungen aufweisenden Separators kann zur Bildung eines Gaskanals 26 führen, in dem ein Brennstoffgas oder ein Oxidationsmittelgas strömt, sowie eines Kühlmittelkanals 28, in dem ein Ethylenglycol oder dergleichen enthaltendes Kühlmittel LLC (Long-Life-Coolant) strömt.The separator 20 is on the membrane electrode assembly 18 layered and has the function of separating fuel and oxidant gases between adjacent cells for a fuel cell. The separator 20 It also has the function of electrically connecting adjacent cells for a fuel cell. The separator 20 has a separator substrate 22 formed of a metallic material and having projections and recesses, and further comprising an electrically conductive layer 24 on, only on the protrusions of the separator substrate 22 is trained. The provision of the protrusions and depressions having separator may be to form a gas channel 26 lead, in which a fuel gas or an oxidant gas flows, and a coolant channel 28 in which refrigerant LLC (Long-Life-Coolant) containing ethylene glycol or the like flows.

Das Separatorsubstrat 22 ist bevorzugt aus einem Titanmaterial wie etwa Titan oder einer Titanlegierung oder aus einem Edelstahl wie etwa SUS316L oder SUS304 ausgebildet. Ein zu nennender Grund hierfür ist, dass diese metallischen Materialien eine hohe mechanische Festigkeit besitzen. Ferner kann ein solches metallisches Material die Ausbildung eines inaktiven Films wie etwa eines Passivierungsfilms, der ein stabiles Oxid (TiO, Ti₂O₃, TiO₂, CrO₂, CrO, Cr₂O₃ usw.) enthält, auf seiner Oberfläche ermöglichen und somit eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit besitzen. Als der Edelstahl kann austenitischer Edelstahl, ferritischer Edelstahl oder dergleichen verwendet werden. Selbstverständlich kann das Separatorsubstrat 22 in Abhängigkeit von anderen Bedingungen aus einem anderen metallischen Material ausgebildet werden, ohne auf die vorstehend genannten metallischen Materialien beschränkt zu sein.The separator substrate 22 is preferably formed of a titanium material such as titanium or a titanium alloy or a stainless steel such as SUS316L or SUS304. One reason for this is that these metallic materials have a high mechanical strength. Further, such a metallic material may allow formation of an inactive film such as a passivation film containing a stable oxide (TiO, Ti ₂ O ₃ , TiO ₂ , CrO ₂ , CrO, Cr ₂ O ₃ , etc.) on its surface and thus have excellent corrosion resistance. As the stainless steel, austenitic stainless steel, ferritic stainless steel or the like can be used. Of course, the separator substrate 22 may be formed of another metallic material depending on other conditions without being limited to the aforementioned metallic materials.

Die elektrisch leitende Schicht 24 kann aus Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Platin (Pt), Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Palladium (Pd) oder einem ähnlichen metallischen Material ausgebildet werden, das als elektrischer Leiter dient. Ein zu nennender Grund hierfür ist, dass diese metallischen Materialien eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen, wodurch der Kontaktwiderstand zwischen dem Separator 20 und der Membranelektrodenanordnung 18 bzw. einem Separator 29 der benachbarten Zelle für eine Brennstoffzelle weiter reduziert werden kann. Von diesen metallischen Materialien besitzt Gold (Au) eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf, und ist daher als das metallische Material zum Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht 24 bevorzugt. Die elektrisch leitende Schicht 24 kann auch aus einer Legierung von Gold (Au), Platin (Pt) und dergleichen gefertigt werden.The electrically conductive layer 24 may be formed of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), palladium (Pd), or a similar metallic material serving as an electrical conductor. One reason for this is that these metallic materials have a high electrical conductivity, whereby the contact resistance between the separator 20 and the membrane electrode assembly 18 or a separator 29 the adjacent cell for a fuel cell can be further reduced. Of these metallic materials, gold (Au) has excellent corrosion resistance, has high electrical conductivity, and is therefore used as the metallic material for forming the electrically conductive layer 24 prefers. The electrically conductive layer 24 can also be made of an alloy of gold (Au), platinum (Pt) and the like.

Für eine Erhöhung der zwischen der Gasdiffusionsschicht 16 und dem Separator 20 strömenden Menge von Brennstoffgas oder Oxidationsmittelgas kann ferner ein Gaskanalaufbau (nicht veranschaulicht) wie etwa ein Streckmetall, eine Metalllattung oder ein poröses metallisches Material vorgesehen werden.For an increase in between the gas diffusion layer 16 and the separator 20 Further, a gas channel structure (not illustrated) such as an expanded metal, a metal batten, or a porous metallic material may be provided as the amount of fuel gas or oxidant gas flows.

Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Brennstoffzellenseparators 20 erläutert.Next, a method of manufacturing the fuel cell separator 20 explained.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des Brennstoffzellenseparators 20 darstellt. Das Verfahren zur Herstellung des Brennstoffzellenseparators 20 umfasst einen Separatorsubstrat-Ausbildungsschritt (S10), einen Säuberungsschritt (S12), einen Neutralisierungsschritt (S14), einen Beizvorgang (S16), und einen Schritt zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht (S18). 2 FIG. 10 is a flowchart showing a method of manufacturing the fuel cell separator. FIG 20 represents. The method of manufacturing the fuel cell separator 20 comprises a separator substrate forming step (S10), a cleaning step (S12), a neutralizing step (S14), a pickling process (S16), and an electrically conductive layer forming step (S18).

Der Separatorsubstrat-Ausbildungsschritt (S10) ist ein Schritt des Bearbeitens eines metallischen Materials, so dass es Vorsprünge und Vertiefungen aufweist, wodurch das Separatorsubstrat 22 erhalten wird. Das Separatorsubstrat 22 kann beispielsweise durch Umformen eines Metallblechs ausgebildet werden. Das Separatorsubstrat 22 kann eine mit Noppen versehene Form, eine gewellte Form oder dergleichen mit Vorsprüngen und Vertiefungen aufweisen. Als Bearbeitungsgerät wird im Allgemeinen ein solches verwendet, das beispielsweise bei der Umformungsbearbeitung eines metallischen Materials Anwendung findet.The separator substrate forming step (S10) is a step of working a metallic material to have protrusions and depressions, whereby the separator substrate 22 is obtained. The separator substrate 22 can be formed for example by forming a metal sheet. The separator substrate 22 may have a napped shape, a corrugated shape or the like with projections and recesses. As a processing device is generally used one which is used, for example, in the forming processing of a metallic material.

Der Säuberungsschritt (S12) ist ein Schritt des Säuberns des Separatorsubstrats 22. Das Separatorsubstrat 22 kann beispielsweise durch alkalisches Tauchentfetten gereinigt werden. Eine alkalische Lösung wie beispielsweise etwa Ätznatron kann bei dem alkalischen Tauchentfetten eingesetzt werden. Das Säubern des Separatorsubstrats 22 durch alkalisches Tauchentfetten oder dergleichen kann an der Oberfläche des Separatorsubstrats 22 anhaftendes Öl und dergleichen entfernen.The cleaning step (S12) is a step of cleaning the separator substrate 22 , The separator substrate 22 For example, it can be cleaned by alkaline dip degreasing. An alkaline solution such as caustic soda may be used in the alkaline dipping greases. Cleaning the separator substrate 22 By alkaline dipping or the like may be applied to the surface of the separator substrate 22 remove adhering oil and the like.

Der Neutralisierungsschritt (S14) ist ein Schritt des Neutralisierens und Entfernens der auf dem gereinigten Separatorsubstrat 22 zurückgebliebenen alkalischen Lösung. Das Neutralisieren kann beispielsweise durch Eintauchen des gesäuberten Separatorsubstrats 22 in eine Neutralisierungslösung vorgenommen werden. Eine Schwefelsäurelösung, eine Salzsäurelösung, eine Salpetersäurelösung oder dergleichen kann als die Neutralisierungslösung eingesetzt werden. Das aus der Neutralisierungslösung entnommene Separatorsubstrat 22 kann mit entionisiertem Wasser oder dergleichen gewaschen werden.The neutralization step (S14) is a step of neutralizing and removing the on the cleaned separator substrate 22 remaining alkaline solution. Neutralization can be achieved, for example, by immersing the cleaned separator substrate 22 be made in a neutralizing solution. A sulfuric acid solution, a hydrochloric acid solution, a nitric acid solution or the like may be used as the neutralizing solution be used. The separator substrate taken from the neutralization solution 22 can be washed with deionized water or the like.

Der Geizschritt (S16) ist ein Schritt des Waschens des neutralisierten Separatorsubstrats 22 mit einer Säure, um Oxide und dergleichen von der Oberfläche des Separatorsubstrats 22 zu entfernen. Beizen kann beispielsweise durch Eintauchen des Separatorsubstrats 22 in eine fluoridhaltige Lösung wie etwa eine Salpeter-/Flusssäurelösung oder eine Flusssäurelösung vorgenommen werden. Als Result des Eintauchens des Separatorsubstrats 22 in die fluoridhaltige Lösung können auf der Oberfläche des Separatorsubstrats 22 gebildete Oxide und dergleichen abgeätzt werden. Das aus der fluoridhaltigen Lösung oder dergleichen entnommene Separatorsubstrat 22 kann mit entionisiertem Wasser oder dergleichen gewaschen werden.The miser step (S16) is a step of washing the neutralized separator substrate 22 with an acid, oxides and the like from the surface of the separator substrate 22 to remove. Pickling, for example, by immersing the Separatorsubstrats 22 in a fluoride-containing solution such as a nitric / hydrofluoric acid solution or a hydrofluoric acid solution. As a result of immersion of the separator substrate 22 in the fluoride-containing solution can on the surface of the separator substrate 22 formed oxides and the like can be etched. The separator substrate taken out from the fluoride-containing solution or the like 22 can be washed with deionized water or the like.

Der Schritt zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht (S18) ist ein Schritt des Ausbildens der elektrisch leitenden Schicht 24 auf den Vorsprüngen des gebeizten Separatorsubstrats 22 aus Gold (Au) oder einem ähnlichen elektrischen Leiter. Um eine Beschichtung aus Gold (Au) oder dergleichen aufzubringen, kann beispielsweise Metallplattieren mittels galvanischen Beschichtens eingesetzt werden. Bei dem galvanischen Beschichten kann es sich um gewöhnliches galvanisches Beschichten mit Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu) oder dergleichen handeln.The step of forming an electrically conductive layer (S18) is a step of forming the electrically conductive layer 24 on the protrusions of the pickled separator substrate 22 made of gold (Au) or a similar electrical conductor. In order to apply a coating of gold (Au) or the like, for example, metal plating by means of electroplating can be used. Electroplating may be ordinary electroplating with gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), or the like.

Falls eine Gold(Au)-Plattierschicht als die elektrisch leitende Schicht 24 auf die Vorsprünge des Separatorsubstrats 22 aufgebracht wird, kann ein Goldplattierbad eingesetzt werden, das beispielsweise Kaliumgoldcyanid, Natriumgoldsulfit oder dergleichen enthält. Als das Goldplattierbad kann ein alkalisches, neutrales oder saures Plattierbad verwendet werden. Ferner kann der Teilchendurchmesser der Gold(Au)-Partikel oder dergleichen, welche die elektrisch leitende Schicht 24 ausbilden, über die Stromdichte, die Plattierdauer, Additive, usw. gesteuert werden.If a gold (Au) -plating layer as the electrically conductive layer 24 on the protrusions of the separator substrate 22 is applied, a gold plating bath containing, for example, potassium gold cyanide, sodium gold sulfite or the like can be used. As the gold plating bath, an alkaline, neutral or acid plating bath may be used. Further, the particle diameter of the gold (Au) particles or the like containing the electrically conductive layer 24 be controlled over the current density, the plating duration, additives, etc.

3 zeigt die Konfiguration einer Plattiervorrichtung 30 für das Aufwalzen unter Verwendung einer Walze, die an ihrer Oberfläche eine Plattierlösung hält. Die Plattiervorrichtung 30 umfasst ein Plattierbad 32, das eine Plattierlösung 40 bevorratet, eine erste Walze 34, welche die Plattierlösung 40 aufnimmt, und eine zweite Walze 36, die das Separatorsubstrat 22 zwischen sich und der ersten Walze 34 mit einem vorgegebenen Druck hält. 3 shows the configuration of a plating device 30 for rolling using a roller holding a plating solution on its surface. The plating device 30 includes a plating bath 32 that a plating solution 40 stocked, a first roll 34 containing the plating solution 40 picks up, and a second roller 36 containing the separator substrate 22 between himself and the first roller 34 with a predetermined pressure holds.

Die erste Walze 34 und die zweite Walze 36 können beispielsweise aus einem Edelstahl gefertigt sein, der eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit besitzt. Die erste Walze 34 weist bevorzugt auf ihrer Oberfläche ein Flüssigkeit zurückhaltendes Material 38 wie etwa einen Rayon-Textilverbundstoff (Filz) auf, um eine Plattierlösung zu halten. Die erste Walze 34 und die zweite Walze 36 können an eine Leistungsversorgung angeschlossen sein, wobei die erste Walze 34 an die Anode und die zweite Walze 36 an die Kathode angeschlossen sein kann.The first roller 34 and the second roller 36 For example, they may be made of a stainless steel that has excellent corrosion resistance. The first roller 34 preferably has on its surface a liquid retaining material 38 such as a rayon textile composite (felt) to hold a plating solution. The first roller 34 and the second roller 36 can be connected to a power supply, the first roller 34 to the anode and the second roller 36 can be connected to the cathode.

Wenn die von der ersten Walze 34 aufgenommene Plattierlösung mit dem Separatorsubstrat 22 in Kontakt kommt, kann der resultierende Kontaktabschnitt des Separatorsubstrats 22 mit einem elektrischen Leiter plattiert werden. Nachdem eine Seite des Separatorsubstrats 22 mit der ersten Walze 34 in Kontakt gebracht wurde, so dass Vorsprünge auf einer Seite mit dem elektrischen Leiter plattiert werden können, kann daraufhin die andere Seite des Separatorsubstrats 22 mit der ersten Walze 34 in Kontakt gebracht werden, so dass Vorsprünge auf der anderen Seite mit dem elektrischen Leiter plattiert werden können. Als Ergebnis kann die elektrisch leitende Schicht 24 aus dem elektrischen Leiter auf den Vorsprüngen des Separatorsubstrats 22 ausgebildet werden, die an der Membranelektrodenanordnung 18 oder dem Separator 29 der benachbarten Zelle für eine Brennstoffzelle in Kontakt anliegen. Diese Plattiervorrichtung 30 kann es ermöglichen, dass die elektrisch leitende Schicht 24 nur auf den Vorsprüngen ausgebildet wird, ohne dass ein Maskieren anderer Abschnitte wie etwa der Gaskanaloberfläche, der Kühlmittelkanaloberfläche und dergleichen erforderlich wäre. Hierdurch können die Herstellungskosten für den Brennstoffzellenseparator 20 gesenkt werden.If that of the first roller 34 recorded plating solution with the Separatorsubstrat 22 comes in contact, the resulting contact portion of the separator substrate 22 be plated with an electrical conductor. After one side of the separator substrate 22 with the first roller 34 can be plated so that protrusions can be plated on one side with the electrical conductor, then the other side of the separator substrate 22 with the first roller 34 be brought into contact, so that projections on the other side can be plated with the electrical conductor. As a result, the electrically conductive layer 24 from the electrical conductor on the protrusions of the separator substrate 22 formed on the membrane electrode assembly 18 or the separator 29 the adjacent cell for a fuel cell in contact. This plating device 30 It can allow the electrically conductive layer 24 is formed only on the protrusions without requiring masking of other portions such as the gas channel surface, the coolant channel surface and the like. This allows the production costs for the fuel cell separator 20 be lowered.

Auch wenn das durch Umformen oder dergleichen ausgebildete Separatorsubstrat 22 verwunden oder ausgebaucht ist, kann ferner eine im Wesentlichen gleichförmige Plattierung auf die Vorsprünge des Separatorsubstrats 22 aufgebracht werden, da die Plattierung aufgebracht werden kann, während das Separatorsubstrat 22 einem vorgegebenen Druck durch die erste Walze 34 und die zweite Walze 36 ausgesetzt ist.Even if the separator substrate formed by forming or the like 22 Further, a substantially uniform plating may be applied to the protrusions of the separator substrate 22 can be applied because the plating can be applied while the separator substrate 22 a predetermined pressure by the first roller 34 and the second roller 36 is exposed.

4 zeigt einen Fall, in dem die elektrisch leitende Schicht 24 unter Verwendung der Plattiervorrichtung 30 ausgebildet wird. 5 zeigt einen Fall, in dem die elektrisch leitende Schicht 24 unter Verwendung einer Sputtervorrichtung ausgebildet wird. Die Zeichnung linker Hand zeigt eine Draufsicht auf das Separatorsubstrat 22, während die Zeichnung rechter Hand eine Seitenansicht zeigt, die angibt, wie das Sputtern vor sich geht. Wie in 4 gezeigt ist, ist selbst im Falle eines verwundenen oder ausgebauchten Separatorsubstrats 22 eine Korrektur durch Erhöhen des Walzdrucks der zweiten Walze 36 möglich. Somit kann eine im Wesentlichen gleichförmige Plattierung auf die Vorsprünge des Separatorsubstrats 22 aufgebracht werden. Wie hingegen in 5 gezeigt ist, kann sich, falls eine elektrisch leitende Schicht aus Gold (Au) oder dergleichen auf dem Separatorsubstrat 22 unter Verwendung einer Sputtervorrichtung oder dergleichen ausgebildet wird, ein Sputtern des Targetbereichs als schwierig erweisen, wenn das Separatorsubstrat 22 verwunden oder ausgebaucht ist, so dass es schwierig sein kann, eine im Wesentlichen gleichförmige elektrisch leitende Schicht auf den Vorsprüngen des Separatorsubstrats 22 auszubilden. Falls die elektrisch leitende Schicht unter Verwendung einer Sputtervorrichtung oder dergleichen ausgebildet wird, kann daher ein Korrekturschritt wie etwa Glühen erforderlich sein, um eine Verwindung oder Ausbauchung des Separatorsubstrats 22 zu korrigieren. Falls die elektrisch leitende Schicht 24 unter Verwendung der in 3 gezeigten Plattiervorrichtung 30 ausgebildet wird, kann sich ein Korrekturschritt wie etwa Glühen als unnötig erweisen, selbst wenn das Separatorsubstrat 22 verwunden oder ausgebaucht ist, wodurch die Herstellungskosten für den Brennstoffzellenseparator 20 weiter gesenkt werden können. 4 shows a case where the electrically conductive layer 24 using the plating device 30 is trained. 5 shows a case where the electrically conductive layer 24 is formed using a sputtering apparatus. The left hand drawing shows a top view of the separator substrate 22 while the drawing on the right shows a side view indicating how sputtering is going on. As in 4 is even in the case of a twisted or bulky separator substrate 22 a correction by increasing the rolling pressure of the second roller 36 possible. Thus, a substantially uniform plating on the protrusions of the separator substrate 22 be applied. As opposed to in 5 is shown, if an electrically conductive layer of gold (Au) or the like on the Separatorsubstrat 22 is formed using a sputtering apparatus or the like, sputtering of the target area may prove difficult when the separator substrate 22 is twisted or bulged so that it may be difficult to form a substantially uniform electrically conductive layer on the protrusions of the separator substrate 22 train. Therefore, if the electrically conductive layer is formed by using a sputtering apparatus or the like, a correction step such as annealing may be required to cause the separator substrate to twist or bulge 22 to correct. If the electrically conductive layer 24 using the in 3 shown plating device 30 is formed, a correction step such as annealing may prove unnecessary even if the separator substrate 22 twisted or bulged, causing the manufacturing cost of the fuel cell separator 20 can be lowered further.

Selbstverständlich ist das Verfahren zum Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht nicht auf das vorstehend beschriebene galvanische Beschichten beschränkt, und andere Beschichtungsverfahren, darunter PVD (Physical Vapor Deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition), ein Applikationsverfahren, ein Tintenstrahlverfahren und dergleichen können ebenso verwendet werden. Bei der PVD (Physical Vapor Deposition) kann beispielsweise Sputtern oder Ionenplattieren eingesetzt werden, um eine Beschichtung aus Gold (Au) oder dergleichen auszubilden. Bei dem Applikationsverfahren können Gold(Au)-Partikel oder dergleichen zur Herstellung einer Aufschlämmung in einem Bindemittel wie etwa einem organischen Lösungsmittel disper giert werden, und die Aufschlämmung mit den darin befindlichen Gold(Au)-Partikeln oder dergleichen Partikeln kann zum Ausbilden einer Beschichtung aufgebracht werden. Beim Tintenstrahlverfahren kann beispielsweise eine ultrafeine Metalltinte mit darin dispergierten Gold(Au)-Partikeln oder dergleichen Partikeln verwendet werden, um eine Beschichtung auszubilden.Of course is the method of forming the electrically conductive layer not limited to the galvanic coating described above, and other coating methods, including PVD (Physical Vapor Deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition), an application method, an ink-jet method and the like may as well be used. For example, in PVD (Physical Vapor Deposition) Sputtering or ion plating are used to make a coating from gold (Au) or the like form. In the application process For example, gold (Au) particles or the like can be used to make a Slurry in a binder such as an organic Solvent be dispersed, and the slurry with the gold (Au) particles or the like particles therein be applied to form a coating. In the inkjet process For example, an ultrafine metal ink having dispersed therein Gold (Au) particles or the like particles are used to form a coating.

Falls die elektrisch leitende Schicht 24 aus Gold ausgebildet wird, beträgt die Dicke der elektrisch leitenden Schicht 24 bevorzugt nicht weniger als ca. 2 nm und nicht mehr als ca. 100 nm. Der Grund hierfür liegt darin, dass der Kontaktwiderstand des resultierenden Separators 20 hoch sein kann, wenn die Dicke der elektrisch leitenden Schicht 24 weniger als ca. 2 nm beträgt. Ein weiterer Grund hierfür ist, dass sich die Kosten für die Herstellung erhöhen können, wenn die Dicke der elektrisch leitenden Schicht 24 mehr als 100 nm beträgt, da das Gold für die Ausbildung der elektrisch leitenden Schicht 24 kostspielig ist. Falls die elektrisch leitende Schicht 24 aus Gold ausgebildet wird, beträgt die Dicke der elektrisch leitenden Schicht 24 außerdem bevorzugt nicht weniger als ca. 2 nm und nicht mehr als ca. 20 nm. Die Herstellung des Brennstoffzellenseparators 20 kann damit abschlossen werden.If the electrically conductive layer 24 is formed of gold, the thickness of the electrically conductive layer 24 preferably not less than about 2 nm and not more than about 100 nm. The reason for this is that the contact resistance of the resulting separator 20 can be high when the thickness of the electrically conductive layer 24 less than about 2 nm. Another reason for this is that the cost of manufacturing can increase if the thickness of the electrically conductive layer 24 more than 100 nm, since the gold for the formation of the electrically conductive layer 24 is expensive. If the electrically conductive layer 24 is formed of gold, the thickness of the electrically conductive layer 24 moreover, preferably not less than about 2 nm and not more than about 20 nm. The production of the fuel cell separator 20 can be concluded with it.

Die 6 zeigen einen mit Noppen versehenen Separator 50, der die elektrisch leitende Schicht 24 aufweist. 6A zeigt eine Schemazeichnung des mit Noppen versehenen Separators 50 (Draufsicht bei Betrachtung von der Kühlmittelseite her), 6B zeigt eine vergrößerte Ansicht des Noppenbereichs, und 6C zeigt eine Schnittansicht des Noppenbereichs entlang der Linie A-A in 6B. Gemäß der Darstellung in den 6B und 6C kann der Außendurchmesser einer zylindrischen Erhebung 52 beispielsweise ca. 0,5 mm bis ca. 3,0 mm betragen; die Teilung L der zylindrischen Erhebungen 52 kann beispielsweise ca. 0,6 mm bis ca. 5,0 mm betragen, und die Höhe H der zylindrischen Erhebungen kann beispielsweise ca. 0,05 mm bis ca. 0,6 mm betragen. Es ist möglich, die elektrisch leitende Schicht 24 wie etwa eine Gold(Au)-Plattierschicht nur auf denjenigen Vorsprüngen auszubilden, die an einer Membranelektrodenanordnung 18 oder einem Separator der benachbarten Zelle für eine Brennstoffzelle in Berührung anliegen, und sie nicht auf einer Gaskanaloberfläche 54, an der ein Brennstoffgas oder ein Oxidationsmittelgas strömt, oder auf einer Kühlmittelkanal oberfläche 56, an der ein Kühlmittel strömt, auszubilden. Um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, kann die Gaskanaloberfläche 54 des Separators 50 mit einem Titanoxid (TiO₂) oder dergleichen beschichtet werden.The 6 show a nested separator 50 which is the electrically conductive layer 24 having. 6A shows a schematic drawing of the studded separator 50 (Top view when viewed from the coolant side), 6B shows an enlarged view of the knob area, and 6C shows a sectional view of the knob portion along the line AA in 6B , As shown in the 6B and 6C may be the outer diameter of a cylindrical elevation 52 for example, about 0.5 mm to about 3.0 mm; the pitch L of the cylindrical elevations 52 For example, may be about 0.6 mm to about 5.0 mm, and the height H of the cylindrical projections may be, for example, about 0.05 mm to about 0.6 mm. It is possible the electrically conductive layer 24 such as forming a gold (Au) -plating layer only on those protrusions attached to a membrane electrode assembly 18 or a separator of the adjacent cell for a fuel cell in contact, and not on a gas channel surface 54 at which a fuel gas or an oxidant gas flows, or on a coolant channel surface 56 at which a coolant flows to form. To improve the corrosion resistance, the gas channel surface can 54 of the separator 50 coated with a titanium oxide (TiO ₂ ) or the like.

Die vorstehend beschriebene Konfiguration verhindert eine Ausbildung der elektrisch leitenden Schicht aus Gold (Au) oder dergleichen auf der Kühlmittelkanaloberfläche des Brennstoffzellenseparators, wodurch eine Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels unterdrückt und somit der Kontaktwiderstand zwischen dem Brennstoffzellenseparator und einer Gasdiffusionsschicht usw. verringert werden kann.The The configuration described above prevents formation the electrically conductive layer of gold (Au) or the like on the coolant channel surface of the fuel cell separator, whereby an increase in the electrical conductivity of the Coolant suppressed and thus the contact resistance between the fuel cell separator and a gas diffusion layer etc. can be reduced.

Die Anwendung der vorstehend beschriebenen Konfiguration ermöglicht es, die elektrisch leitende Schicht aus Gold (Au) oder dergleichen nur auf der Kontaktoberfläche auszubilden, die an der Membranelektrodenanordnung 18 oder einem Separator der benachbarten Zelle für eine Brennstoffzelle anliegt, wodurch die Herstellungskosten für Zellen für eine Brennstoffzelle weiter gesenkt werden können.The application of the configuration described above makes it possible to form the electroconductive layer of gold (Au) or the like only on the contact surface attached to the membrane electrode assembly 18 or a separator of the adjacent cell for a fuel cell, whereby the manufacturing cost of cells for a fuel cell can be further reduced.

BeispieleExamples

Im Nachfolgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele und Vergleichsbeispiele in weiterem Detail beschrieben; die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.Hereinafter, the present invention will be described in further detail with reference to Examples and Comparative Examples; the However, the invention is not limited thereto.

Es werden drei Arten von Separatorprobestücken hergestellt, und Änderungen in der elektrischen Leitfähigkeit eines Kühlmittel werden bewertet.It Three types of separator specimens are produced and changes in electrical conductivity of a coolant are evaluated.

Zuerst wird ein Verfahren zur Herstellung eines Separatorprobestücks von Beispiel 1 erläutert. Ein Blech aus reinem Titan wird umgeformt, um ein Titanblech mit Vorsprüngen und Vertiefungen auszubilden, gefolgt von Säubern durch alkalisches Tauchentfetten, um Öl zu entfernen, das an dem Vorsprünge und Vertiefungen aufweisenden Titanblech anhaftet. Nach dem alkalischen Tauchentfetten wird das bearbeitete, Vorsprünge und Vertiefungen aufweisende Titanblech zum Neutralisieren in eine Schwefelsäurelösung eingetaucht. Das Vorsprünge und Vertiefungen aufweisende Titanblech wird daraufhin zum Beizen in eine Salpeter-/Flusssäurelösung eingetaucht, und auf der Oberfläche des Vorsprünge und Vertiefungen aufweisenden Titanblechs gebildete Oxide werden durch Ätzen entfernt. Anschließend wird eine Goldplattierschicht, die als die elektrisch leitende Schicht dient, nur auf den Vorsprüngen des gebeizten, Vorsprünge und Vertiefungen aufweisenden Titanblechs ausgebildet. Die Goldplattierschicht wird durch galvanisches Beschichten unter Verwendung eines alkalischen Goldplattierbades ausgebildet. Zum Goldplattieren wird die in 3 gezeigte Plattiervorrichtung 30 verwendet. Die Dicke der Goldplattierschicht beträgt 10 nm.First, a method for producing a separator specimen of Example 1 will be explained. A pure titanium sheet is reshaped to form a titanium sheet having protrusions and recesses, followed by cleaning by alkaline dip dipping to remove oil adhering to the protrusions and depressions having titanium sheet. After the alkaline dip degreasing, the machined titanium plate having protrusions and recesses is immersed in a sulfuric acid solution for neutralization. The protrusions and recesses of the titanium sheet is then immersed in a nitric / hydrofluoric acid solution for pickling, and oxides formed on the surface of the protrusions and depressions of the titanium sheet are removed by etching. Subsequently, a gold plating layer serving as the electroconductive layer is formed only on the protrusions of the pickled, protruded and recessed titanium sheet. The gold plating layer is formed by electroplating using an alkaline gold plating bath. For gold plating, the in 3 Plating device shown 30 used. The thickness of the gold plating layer is 10 nm.

Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines Separatorprobestücks von Vergleichsbeispiel 1 erläutert. Ein Blech aus reinem Titan wird umgeformt, um ein Titanblech mit Vorsprüngen und Vertiefungen auszubilden, gefolgt von Säubern durch alkalisches Tauchentfetten, um Öl zu entfernen, das an dem Vorsprünge und Vertiefungen aufweisenden Titanblech anhaftet. Nach dem alkalischen Tauchentfetten wird das bearbeitete, Vorsprünge und Vertiefungen aufweisende Titanblech zum Neutralisieren in eine Schwefelsäurelösung eingetaucht. Das Vorsprünge und Vertiefungen aufweisende Titanblech wird daraufhin zum Beizen in eine Salpeter-/Flusssäurelösung getaucht, und auf der Oberfläche des Vorsprünge und Vertiefungen aufweisenden Titanblechs gebildete Oxide werden durch Ätzen entfernt. Anschließend wird eine Goldplattierschicht, die als die elektrisch leitende Schicht dient, über die gesamte Oberfläche des gebeizten, Vorsprünge und Vertiefungen aufweisenden Titanblechs ausgebildet. Die Goldplattierschicht wird durch galvanisches Beschichten unter Verwendung eines alkalischen Goldplattierbades ausgebildet. Die Goldplattierschicht wird durch Eintauchen des gebeizten, Vorsprünge und Vertiefungen aufweisenden Titanblechs in eine Gold-Plattierlösung ausgebildet. Die Dicke der Goldplattierschicht beträgt 10 nm. Als ein Separatorprobestück von Vergleichsbeispiel 2 wird eines ohne Goldplattierschicht verwendet.When Next will be a method of making a separator specimen of Comparative Example 1 explained. A sheet of pure Titanium is reshaped to a titanium sheet with protrusions and recesses, followed by cleaning through alkaline dipping degreasing to remove oil that is on the Protrusions and depressions having titanium sheet adhered. After alkaline dip degreasing, the machined, protrusions and recesses having titanium sheet for neutralization in a Immersed sulfuric acid solution. The projections and recesses having titanium sheet is then for pickling immersed in a nitric / hydrofluoric acid solution, and on the surface of the protrusions and depressions containing titanium sheet formed by etching away. Subsequently, a gold plating layer, the as the electrically conductive layer, over the entire Surface of the stained, protrusions and depressions having formed titanium sheet. The gold plating layer becomes by electroplating using an alkaline Goldplating bath trained. The gold plating layer is going through Immersing the pickled, protrusions and depressions Titanium sheet formed in a gold plating solution. The Thickness of the gold plating layer is 10 nm. As a separator specimen of Comparative Example 2, one without a gold plating layer is used.

Jede der drei Arten von Separatorprobestücken wird in ein Kühlmittel getaucht, und die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels wird bewertet. Die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels wird mittels eines gewöhnlichen Verfahrens zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit gemessen. Als Kühlmittel wird ein Ethylenglycol und dergleichen enthaltendes LLC (Long Life Coolant) verwendet. 7 zeigt die Ergebnisse der Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels. Wie in 7 gezeigt ist, stellt die Abszisse die Eintauchzeit in einem Kühlmittel dar, und die Ordinate die elektrische Leitfähigkeit (μS/cm). Die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels, in das das Separatorprobestück von Beispiel 1 getaucht wird, ist durch schwarze Dreiecke angegeben, die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels, in das das Separatorprobestück von Vergleichsbeispiel 1 getaucht wird, ist durch weisse Dreiecke angegeben, und die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels, in das das Separatorprobestück von Vergleichsbeispiel 2 getaucht wird, ist durch weisse Kreise angegeben. Was das Kühlmittel betrifft, in das das Separatorprobestück von Vergleichsbeispiel 1 getaucht wird, so nimmt seine elektrische Leitfähigkeit im Verlauf der Eintauchzeit zu. Im Gegensatz hierzu zeigt die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels, in das das Separatorprobestück von Beispiel 1 getaucht wird, fast keine Zunahme im Verlauf der Eintauchzeit. Der Grund hierfür dürfte darin liegen, dass die Goldplattierschicht des Separatorprobestücks von Beispiel 1 auf einer kleineren Fläche ausgebildet ist als bei dem Separatorprobestück von Vergleichsbeispiel 1, und die katalytische Einwirkung von Gold (Au) auf das LLC somit geringer ist.Each of the three types of separator specimens is dipped in a coolant, and the electrical conductivity of the coolant is evaluated. The electrical conductivity of the refrigerant is measured by an ordinary method of measuring the electrical conductivity of a liquid. As the refrigerant, LLC (Long Life Coolant) containing ethylene glycol and the like is used. 7 shows the results of the measurement of the electrical conductivity of the coolant. As in 7 is shown, the abscissa represents the immersion time in a coolant, and the ordinate represents the electrical conductivity (μS / cm). The electrical conductivity of the refrigerant into which the separator coupon of Example 1 is immersed is indicated by black triangles, the electrical conductivity of the refrigerant into which the separator coupon of Comparative Example 1 is immersed is indicated by white triangles, and the electrical conductivity of the refrigerant into which the separator coupon of Comparative Example 2 is immersed is indicated by white circles. As for the refrigerant into which the separator coupon of Comparative Example 1 is immersed, its electrical conductivity increases in the course of the immersion time. In contrast, the electrical conductivity of the refrigerant into which the separator coupon of Example 1 is immersed shows almost no increase in the course of the immersion time. The reason for this may be that the gold plating layer of the separator coupon of Example 1 is formed on a smaller area than the separator coupon of Comparative Example 1, and the catalytic action of gold (Au) on the LLC is thus lower.

ZusammenfassungSummary

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES BRENNSTOFFZELLENSEPARATORSPROCESS FOR PRODUCTION A FUEL CELL PARAMETER

Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators, das eine Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit eines Kühlmittels unterdrückt, um den Kontaktwiderstand zu reduzieren. Das Verfahren zur Herstellung des Brennstoffzellenseparators 20 zum Trennen von Gasen zwischen benachbarten Zellen für die Brennstoffzelle umfasst das Ausbilden eines Vorsprünge und Vertiefungen aufweisenden Separatorsubstrats 22 aus einem metallischen Material wie etwa einem Titanmaterial oder einem Edelstahl, und das Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht 24 mit einem elektrischen Leiter aus Gold (Au) oder dergleichen nur auf den Vorsprüngen des Separatorsubstrats 22.A method of manufacturing a fuel cell separator that suppresses an increase in the electrical conductivity of a coolant to reduce the contact resistance. The method of manufacturing the fuel cell separator 20 For separating gases between adjacent cells for the fuel cell, forming a projection and recesses having separator substrate 22 of a metallic material such as a titanium material or a stainless steel, and forming an electrically conductive layer 24 with an electrical conductor of gold (Au) or the like only on the protrusions of the separator substrate 22 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- JP 3891069 [0005]

Claims

Method for producing a fuel cell separator for separating gases between adjacent cells for a fuel cell, the method comprising: Form a protrusions and recesses having separator substrate from a metallic material, and Forming an electric conductive layer of an electrical conductor only on the projections of the separator substrate.

Method for producing a fuel cell separator according to claim 1, wherein in forming the electrically conductive layer plating only on the protrusions of the separator substrate is applied to form the electrically conductive layer.

Method for producing a fuel cell separator according to claim 2, wherein the metallic plating is a gold plating is.

Method for producing a fuel cell separator according to claim 1, wherein in forming the separator substrate the Separator substrate formed of a titanium material or a stainless steel becomes.

Method for producing a fuel cell separator according to claim 1, wherein in forming the electrically conductive layer the electrically conductive layer by rolling using a roller is formed, which on its surface a Plating solution stops.